(57)【要約】  車両用交流発電機は、界磁コイルが巻装された円筒部(112a)と、円筒部(112a)の軸方向両端面に対向するように配置された板状の第１および第２の端板部(112b)と、第１の端板部(112b)から第２の端板部方向へと回転軸に平行に伸延する複数の第１の爪部(112c)と、第２の端板部(112b)から第１の端板部方向へと回転軸に平行に伸延し、複数の第１の爪部(112c)に対して周方向に交互に配置された第２の爪部(112c)と、を有するルンデル型回転子と、ルンデル型回転子の外周に回転空隙を有して対向配置され、電機子コイルが巻装された積層鉄心を有する固定子と、を備え、第１および第２の端板部(112b)は、回転軸の回り一周に渡って連続している円板領域と、円板領域から外周方向に突出し、爪部(112c)が形成された複数の突出領域とから成り、突出領域間に形成される谷間領域の底部の径寸法(De)を、突出領域に形成された爪部(112c)の根元内径寸法（Dc）以上、かつ、爪部(112c)の外径寸法(Dr)以下に設定した。
2011121770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁コイルが巻装された円筒部と、該円筒部の軸方向両端面に対向するように配置された板状の第１および第２の端板部と、前記第１の端板部から前記第２の端板部方向へと回転軸に平行に伸延する複数の第１の爪部と、前記第２の端板部から前記第１の端板部方向へと回転軸に平行に伸延し、前記複数の第１の爪部に対して周方向に交互に配置された第２の爪部と、を有するルンデル型回転子と、
前記ルンデル型回転子の外周に回転空隙を有して対向配置され、電機子コイルが巻装された積層鉄心を有する固定子と、を備えた公称φ１２８の車両用交流発電機であって、
前記第１および第２の端板部は、回転軸の回り一周に渡って連続している円板領域と、前記円板領域から外周方向に突出し、前記爪部が形成された複数の突出領域とから成り、
前記突出領域間に形成される谷間領域の底部の径寸法を６８mm以上７８mm以下に設定したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用交流発電機において、
前記積層鉄心の回転軸方向長さをＬs、前記円筒部の長さをＬy、前記第１および第２の端板部の厚さをＸ2、前記第１および第２の爪部の根元径方向厚さをＸ1としたときに、比率Ｌs/Ｌyを１．０以上とし、かつ、比率Ｘ1/Ｘ2を０．９以上１．１以下に設定したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
界磁コイルが巻装された円筒部と、該円筒部の軸方向両端面に対向するように配置された板状の第１および第２の端板部と、前記第１の端板部から前記第２の端板部方向へと回転軸に平行に伸延する複数の第１の爪部と、前記第２の端板部から前記第１の端板部方向へと回転軸に平行に伸延し、前記複数の第１の爪部に対して周方向に交互に配置された第２の爪部と、を有するルンデル型回転子と、
前記ルンデル型回転子の外周に回転空隙を有して対向配置され、電機子コイルが巻装された積層鉄心を有する固定子と、を備えた公称φ１３９の車両用交流発電機であって、
前記第１および第２の端板部は、回転軸の回り一周に渡って連続している円板領域と、前記円板領域から外周方向に突出し、前記爪部が形成された複数の突出領域とから成り、
前記突出領域間に形成される谷間領域の底部の径寸法を７０mm以上８０mm以下に設定したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用交流発電機において、
前記積層鉄心の回転軸方向長さをＬs、前記円筒部の長さをＬy、前記第１および第２の端板部の厚さをＸ2、前記第１および第２の爪部の根元径方向厚さをＸ1としたときに、比率Ｌs/Ｌyを１．０以上とし、かつ、比率Ｘ1/Ｘ2を０．８以上１．１以下に設定したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車両用交流発電機において、
前記突出領域間に形成される谷間領域の底部の径寸法を前記界磁コイルの外径以下に設定したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項６】
界磁コイルが巻装された円筒部と、該円筒部の軸方向両端面に対向するように配置された板状の第１および第２の端板部と、前記第１の端板部から前記第２の端板部方向へと回転軸に平行に伸延する複数の第１の爪部と、前記第２の端板部から前記第１の端板部方向へと回転軸に平行に伸延し、前記複数の第１の爪部に対して周方向に交互に配置された第２の爪部と、を有するルンデル型回転子と、
前記ルンデル型回転子の外周に回転空隙を有して対向配置され、電機子コイルが巻装された積層鉄心を有する固定子と、を備え、
前記第１および第２の端板部は、回転軸の回り一周に渡って連続している円板領域と、前記円板領域から外周方向に突出し、前記爪部が形成された複数の突出領域とから成り、
前記突出領域間に形成される谷間領域の底部の径寸法を、前記突出領域に形成された前記爪部の根元内径寸法以上、かつ、前記爪部の外径寸法以下に設定したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項７】
請求項６に記載の車両用交流発電機において、
前記谷間領域の底部の径寸法は、さらに、他方の端板部から伸延する爪部と前記底部との隙間寸法が前記第１の爪部と前記第２の爪部との隙間寸法以上となるように、設定されていること特徴とする車両用交流発電機。
【請求項８】
界磁コイルが巻装された円筒部と、該円筒部の軸方向両端面に対向するように配置された板状の第１および第２の端板部と、前記第１の端板部から前記第２の端板部方向へと回転軸に平行に伸延する複数の第１の爪部と、前記第２の端板部から前記第１の端板部方向へと回転軸に平行に伸延し、前記複数の第１の爪部に対して周方向に交互に配置された第２の爪部と、を有するルンデル型回転子と、
前記ルンデル型回転子の外周に回転空隙を有して対向配置され、電機子コイルが巻装された積層鉄心を有する固定子と、を備え、
前記第１および第２の端板部は、回転軸の回り一周に渡って連続している円板領域と、前記円板領域から外周方向に突出し、前記爪部が形成された複数の突出領域とから成り、
前記突出領域間に形成される谷間領域の底部の径寸法を前記界磁コイルの外径と等しく設定したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の車両用交流発電機において、
前記第１および第２の爪部は、該爪部の伸延方向に垂直な断面において、周方向の幅寸法が外周側から内周側まで等しく設定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の車両用交流発電機において、
前記円筒部は別体に形成された第１の円筒部と第２の円頭部とから成り、
前記ルンデル型回転子は、前記第１の端板部と前記第１の爪部と前記第１の円筒部とが一体に形成されるとともに、前記第２の端板部と前記第２の爪部と前記第２の円筒部とが一体に形成されている、２ピース形式の回転子であることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の車両用交流発電機において、
前記ルンデル型回転子は、前記円筒部と、前記前記第１の爪部が形成された前記第１の端板部と、前記第２の爪部が形成された前記第２の端板部とが別体で形成されている、３ピース形式の回転子であることを特徴とする車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗用車、トラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用交流発電機に対する要請として、小型化ならびに同一体格で発電能力の向上が求められている。即ち、小型で高出力の車両用交流発電機を合理的な価格で提供することが求められている。【０００３】
特許文献１に記載の車両用交流発電機では、円筒部、継鉄部、爪状磁極部を有するルンデル型鉄心を有した回転子を備えている。回転子から発生する磁束Φは、界磁コイルの起磁力をＡＴ、各部（円筒部、継鉄部、爪状磁極部、空隙、固定子鉄心)の磁気抵抗の和をＲmとすると、周知のように式Φ=ＡＴ／Ｒmで表される。この磁束Φは、特許文献１の図２に示されるように円筒部から、継鉄部、爪状磁極部に流れ、爪状磁極部から固定子鉄心に流入する。【０００４】
特許文献１によれば、従来は、ルンデル型鉄心の各部（円筒部、継鉄部、爪状磁極部）の磁路断面積を、ほぼ同一にすることが望ましいとされている。また、界磁コイルの巻装に必要なスペースを確保するようにすることも必要であった。このように設計された回転子の発生磁束に対応して、固定子鉄心の磁路断面積も決められる。一般に、固定子鉄心の材質は回転子鉄心の材質に比べて磁気特性が良好なため、固定子鉄心の磁路断面積は回転子鉄心の磁路断面積よりも小さく決定される。【０００５】
このような従来設計に対して設計方法の考え方を変えて、固定子鉄心の軸方向長さを回転子円筒部の軸方向長さよりも長くし、かつ、爪状磁極部の根元断面積を円筒部面積や継鉄部断面積より狭くしたものが提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。この構成においては、磁束の一部が継鉄から直接固定子鉄心に流入し、爪状磁極部の根元部断面積を小さくすることで界磁コイルのコイル断面を確保するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３３８１６０８号公報
【特許文献２】特許第３４３６１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の回転子鉄心のように、爪状磁極部の根元断面積を円筒部面積や継鉄部断面積より狭くする場合、爪状磁極部の根元部近傍での磁気飽和を考慮してより詳細に検討する必要がある。例えば、爪状磁極部の根元断面積小さくし過ぎると爪状磁極根元において磁気抵抗が増大して飽和し、期待通りに出力電流の向上が図れなくなる。このように、車両用交流発電機では、いかにして出力電流の向上を図るかが課題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。  
当該車両用交流発電機は、界磁コイルが巻装された円筒部と、該円筒部の軸方向両端面に対向するように配置された板状の第１および第２の端板部と、第１の端板部から第２の端板部方向へと回転軸に平行に伸延する複数の第１の爪部と、第２の端板部から第１の端板部方向へと回転軸に平行に伸延し、複数の第１の爪部に対して周方向に交互に配置された第２の爪部と、を有するルンデル型回転子と、ルンデル型回転子の外周に回転空隙を有して対向配置され、電機子コイルが巻装された積層鉄心を有する固定子と、を備え、第１および第２の端板部は、回転軸の回り一周に渡って連続している円板領域と、円板領域から外周方向に突出し、爪部が形成された複数の突出領域とから成り、突出領域間に形成される谷間領域の底部の径寸法は６８mm以上７８mm以下に設定される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、車両用交流発電機の出力および効率の更なる向上を図ることができ、出力および効率の最大化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】車両用交流発電機１００の構成を示す断面図。
【図２】ロータの半断面図。
【図３】固定子コア２１とロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒとを示す図。
【図４】ロータコア１１２Ｆを軸方向から見た図。
【図５】ロータコアの背面側を示す図。
【図６】三相全波整流を行う整流回路の構成を示す図。
【図７】等価磁気回路を説明する図。
【図８】端板部１１２ｂの詳細を示す図。
【図９】φ128オルタネータに関する出力（Ａ／ｋｇ）のシミュレーション結果を示す図。
【図１０】φ139オルタネータに関する出力（Ａ／ｋｇ）のシミュレーション結果を示す図。
【図１１】谷間領域の谷径Ｄeが爪部１１２ｃの根元内周側の径Ｄcよりも小さい場合のロータコアを示す図。
【図１２】φ128オルタネータの場合の計算結果を示す図。
【図１３】φ128オルタネータにおいてＸ1/Ｘ2＝１．１、Ｌs/Ｌy＝１．３とした場合のＤeと出力電流の関係を示す図。
【図１４】図１２，１３の出力電流がピークとなったときの谷間領域の形状を示す図。
【図１５】φ139オルタネータにおけるＤe対出力電流の計算結果を示す図。
【図１６】φ139オルタネータにおいてＸ1/Ｘ2＝０．８２、Ｌs/Ｌy＝１．２１とした場合の谷径Ｄeと出力電流の関係を示す図。
【図１７】図１５，１６の出力電流がピークとなったときの谷間領域の形状を示す図。
【図１８】φ128オルタネータ（１６極）の場合のＸ1/Ｘ2対出力の計算結果を示す図。
【図１９】φ139オルタネータ（１６極）の場合のＸ1/Ｘ2対出力の計算結果を示す図。
【図２０】爪部１１２ｃの断面形状を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態を示す図であって、車両用交流発電機１００の構成を示す断面図である。ロータ１１２が設けられたシャフト１８の先端にはプーリ１が取り付けられており、このプーリ１と不図示のエンジンの駆動軸に取り付けられたプーリとの間にはベルトが架け回されている。シャフト１８は、フロントブラケット１４に設けられたベアリング２Ｆと、リアブラケット１５に設けられたベアリング２Ｒとにより回転可能に支持されている。ロータ１１２と僅かなギャップを介して対向配置される固定子４は、フロントブラケット１４とリアブラケット１５によって挟持されるように保持されている。
【００１２】
図２、図３および図４はロータ１１２の形状を説明する図である。図２はロータ１１２の全体を示す図で、上側半分を断面で示したものである。図３は、固定子コア２１、および、ロータ１１２の一部を構成する一対のロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの各断面を示す図である。図４は、ロータコア１１２Ｆを軸方向から見た図である。なお、ロータコア１１２Ｒは、ロータコア１１２Ｆと同一形状である。
【００１３】
ロータ１１２は、図２に示すようなルンデル型回転子（爪状磁極型回転子）を構成している。磁性材料にて成形されたロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒは、シャフト１８と一体に回転するように、シャフト１８の回転軸方向の略中央部にそれぞれセレーション結合されている。フロント側のロータコア１１２Ｆとリア側のロータコア１１２Ｒとは、それぞれの円筒部１１２ａが向かい合って当接するようにシャフト１８に取り付けられ、各ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの外側端をシャフト１８に形成した環状溝内に塑性流動させることで、軸方向の移動が規制されている。
【００１４】
図３および４に示すように、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒは、いずれも、円筒部１１２ａと、回転軸に垂直な端板部１１２ｂと、端板部１１２ｂから回転軸に対して平行に伸延している複数の爪部１１２ｃとを有する。端板部１１２ｂは図４からも分かるように完全に円形ではなく、爪部１１２ｃに連結している部分が外周方向に突出している。ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒには爪部１１２ｃがそれぞれ６つ形成されており、ロータ１１２のポールコア極数は１２極になっている。
【００１５】
図５は、ロータコアの背面側（爪部１１２ｃが形成されていない面側）を示す図である。端板部１１２ｂは、爪部１１２ｃが形成される突出領域１１２０Ａと、円形を成す円板領域１１２０Ｂとを有している。隣り合う突出領域１１２０Ａ間に形成される谷間領域と対向する位置に、他方のロータコアの端板部１１２ｂに形成された爪部１１２ｃが二点差線で示すように配置される。
【００１６】
なお、特許文献１，２に示す従来の車両用交流発電機（オルタネータ）では、例えば、特許文献１の図９や特許文献２の図３に示すように、回転軸に垂直な板状の継鉄部は、隣接する一対の爪状磁極部の連結部分の間が内周側に大きく切れ込んだ谷間領域となっている。谷間領域の底の部分は、円筒部付近まで達している。一方、図４に示す例では、端板部１１２ｂの突出領域１１２０Ａ間の谷間領域は爪部１１２ｃの根元内径までしか切れ込んでおらず、爪部根元よりも内周側の端板部形状（図５の円板領域１１２０Ｂの形状）は円形となっている。詳細は後述するが、従来は大きく切れ込んだ谷間領域であったものを、本実施の形態では、図４のように谷間領域を埋め込むことにより、出力電流の向上を図ることが可能となった。
【００１７】
図２に示すように、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒは互いの円筒部１１２ａが対向するようにシャフト１８に取り付けられる。各ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの端板部１１２ｂに設けられた爪部１１２ｃは、他方のロータコア方向に伸延している。ロータコア１１２Ｆの爪部１１２ｃとロータコア１１２Ｒの爪部１１２ｃとは、ロータ周方向に交互に配置されている。
【００１８】
円筒部１１２ａの外周と爪部１１２ｃの内周との間には、コイルボビン１７に巻装された界磁コイル１２が配置される。コイルボビン１７はロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの円筒部１１２ａに外挿され、界磁コイル１２はコイルボビン１７の胴部に回転軸回りに巻装されている。ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒと界磁コイル１２との間に介在するコイルボビン１７によって、界磁コイル１２の絶縁が保たれている。
【００１９】
図１に戻って、シャフト１８の後端には、界磁コイル１２に給電するためのスリップリング９が設けられている。界磁コイル１２を構成するコイル導体の両端は、シャフト１８に沿って延出し、スリップリング９に夫々接続されている。このスリップリング９に接触するブラシ８を介して、車両に搭載されたバッテリーから、磁界を発生するための電力が界磁コイル１２に給電される。
【００２０】
ロータ１１２の回転軸方向の前後両端面には、外周側に複数の羽根を有するフロントファン７Ｆおよびリアファン７Ｒが取り付けられている。これらのファン７Ｆ，７Ｒはロータ１１２と一体的に回転し、内周側から外周側に空気を流通させる。なお、フロントブラケット１４側のフロントファン７Ｆは、リアブラケット１５側のリアファン７Ｒよりも羽根が小さく、流通させる空気の流量もフロントファン７Ｆは、リアファン７Ｒよりも少ない。
【００２１】
固定子４は固定子コア２１と固定子巻線５とから構成され、ロータ１１２と僅かなギャップを介して対向配置されている。固定子コア２１は、フロントブラケット１４とリアブラケット１５によって前後から挟持されるように保持されている。固定子巻線５は三相巻線で構成されており、それぞれの巻線の口出し線は、整流回路１１に接続されている。整流回路１１はダイオード等の整流素子により構成され、全波整流回路を構成している。例えば、ダイオードを用いた場合、ダイオードのカソード端子はターミナル６に接続され、アノード側の端子は車両用交流発電機本体に電気的に接続される。なお、冷却のための風穴が設けられたリアカバー１０は、整流回路１１の保護カバーの役割を果たしている。
【００２２】
図６は、６つのダイオード１１１を用いて三相全波整流を行う整流回路１１の構成を示したものである。整流回路１１は、２つのダイオード１１１から成る直列回路を３組並列接続したものである。Ｕ，Ｖ，Ｗ相の固定子巻線５は３相Ｙ結線で接続されており、その反中性点側の端子は直列接続されたダイオード１１１の接続点に接続されている。上側（プラス側）のダイオード１１１のカソードは共通となっており、バッテリー９９のプラス端子に接続されている。下側（マイナス側）のダイオード１１１のアノードはバッテリー９９のマイナス端子に接続されている。
【００２３】
次に、発電動作について説明する。上述したように、プーリ１とエンジン側プーリとはベルトで連結されており、エンジンの回転と共にロータ１１２が回転する。界磁コイル１２に電流が流れることでロータ１１２は磁化され、界磁コイル１２の周囲を周回する磁路がロータ１１２に形成される。一方のロータコアの爪部１１２ｃから出た磁束は固定子コア２１に入った後に、他方のロータコアの爪部１１２ｃへと入る。そして、ロータ１１２が回転すると回転磁界が形成され、固定子巻線５に三相の誘導起電力が発生する。その電圧は上述した整流回路１１で全波整流され、直流電圧が発生する。この直流電圧のプラス側はターミナル６と接続されており、さらにバッテリー９９と接続されている。
【００２４】
なお、詳細は省略するが、界磁コイル１２に供給される界磁電流は、整流後の直流電圧がバッテリー９９を充電するのに適した電圧となるように制御され、また、発電電圧が車両のバッテリー電圧より高くなったときに発電を開始するように、バッテリー９９の状態に応じて制御される。この発電電圧を調整するための電圧制御回路としてのＩＣレギュレータ（図示せず）は、図１に示したリアカバー１０の内部に配置された整流回路１１に内蔵され、ターミナル６の端子電圧が常に一定電圧となるように制御している。
【００２５】
本実施の形態では、図３に示す固定子コア軸長Ｌsを円筒部軸方向長さＬy以上に設定している。そのため、円筒部１１２ａから界磁コイルのＡＴにより発生した磁束は、端板部１１２ｂを経由して直接固定子コア２１に流入する磁束と、爪部１１２ｃ経由で固定子コア２１に流入する磁束とに分岐する。この固定子コア２１に直接流入する磁束量と、爪部１１２ｃを経由して爪部外周面から固定子コア２１に流入する磁束量との配分を適切に選択しないと、期待通りの高出力を得ることができない。
【００２６】
以下では、Ｌs≧Ｌyの場合において、出力を最適にする形状について説明する。図７（ａ）は本実施の形態における等価磁気回路を示す図であり、また、図７（ｂ）は、ロータコア１１２Ｆにおける固定子コア２１に対向する面を示す図である。図７（ａ）において、Ｓ1は円筒部１１２ａにおける磁路の断面積を表し、Ｓ2は端板部１１２ｂにおける磁路の断面積を表し、Ｓ3は爪部１１２ｃにおける磁路の断面積を表している。また、円筒部１１２ａの磁気抵抗をｒ1、端板部１１２ｂの磁気抵抗をｒ2、爪部１１２ｃの磁気抵抗をｒ3とする。
【００２７】
図７（ｂ）において、符号Ｓ4は、爪部１１２ｃにおける固定子コア２１に対向する面（外周面）を表しており、その領域の面積も符号Ｓ4で表す。符号Ｓ5は、端板部１１２ｂの外周面の内、固定子コア２１に対向する領域を表しており、その領域の面積も符号Ｓ5で表す。爪部１１２ｃの面Ｓ4と固定子コア２１との空隙の磁気抵抗をｒ4とする。また、端板部１１２ｂの外周面Ｓ5と固定子コア２１との空隙の磁気抵抗をｒ5とする。
【００２８】
図７および特許文献１の図５から分かるように、面Ｓ3およびＳ4を通過して固定子コアに入る磁束は、磁気抵抗ｒ3，ｒ4を通過する磁束である。一方、面Ｓ5を通過して固定子コアに入る磁束が、磁気抵抗ｒ5を通過する磁束である。
【００２９】
円筒部１１２ａの断面積Ｓ1は、図３に示すように円筒部１１２ａの外径をＤy、シャフト１８の外径をＤs、ポールコア極数をＰ、とすると、次式（１）のように表される。なお、シャフト１８の材質はロータコアより磁気特性を重視せず機械強度を重視する材質となっているため、ここではシャフト１８を磁気回路から除いて考える。
Ｓ1＝{π/(４・Ｐ/２)}・(Ｄy２−Ｄs２）    …（１）
【００３０】
図４に示す爪部１１２ｃの磁極幅Ｗは、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの外周寸法π・Ｄrを極数Ｐで割った値とする。すなわち、Ｗ＝（π・Ｄr）/Ｐである。図８は端板部１１２ｂの詳細を示す図である。一つの爪部１１２ｃに関する磁路について、図８（ｂ）の一点鎖線で挟まれた領域を対応させて考える。ここで、端板部１１２ｂの円筒部１１２ａから爪部１１２ｃまでの領域を、爪部１１２ｃの根元に連結している部分と、その連結部分と円筒部１１２ａとの間の符号Ａで示す部分とに分けて考える。Ａ部分に関して断面積をＳ20、磁気抵抗をｒ20とする。また、連結部分の断面積をＳ21、その部分の磁気抵抗をｒ21とする。
【００３１】
この場合、Ａ部分の断面積Ｓ20および磁気抵抗ｒ20は、簡略的に次式（２），（３）で表される。Ｐは極数、μ2は端板部１１２ｂの透磁率である。式（２）の右辺第１項は図８の領域Ａの内周側の円弧面の面積であり、右辺第２項は領域Ａの外周側の円弧面の面積である。そのため、断面積Ｓ20はそれらの平均値となっている。なお、Ｄeは、爪部１１２間の谷間領域の谷部の径寸法である。
Ｓ20＝Ｘ2 ・(πＤy/Ｐ/２+πＤe/Ｐ/２)/２    …（２）
ｒ20＝(Ｄe-Ｄy)/２÷(μ2・Ｓ20)     …（３）
【００３２】
一方、爪部根元の連結部分の断面積Ｓ21および磁気抵抗ｒ21は、簡略的には次式（４）、（５）で表される。
Ｓ21＝Ｗ・Ｘ2     …（４）
ｒ21＝０．５Ｘ1/(μ2・Ｓ21)     …（５）
【００３３】
したがって、本実施の形態においては、図７（ａ）に示す断面積Ｓ2の代わりに上述した断面積Ｓ20および断面積Ｓ21を使用し、図７（ａ）の磁気抵抗ｒ2は次式（６）のように表される。このような前提のもとで、最大出力が得られるようにＸ1，Ｘ2を決めればよい。
ｒ2＝ｒ20＋ｒ21     …（６）
【００３４】
円筒部１１２ａの磁気抵抗ｒ1、端板部１１２ｂの磁気抵抗ｒ2および爪部１１２ｃの磁気抵抗ｒ3は、それぞれｒ1＝Ｌy/（μ１・Ｓ1）、ｒ2＝ｒ20＋ｒ21、ｒ3＝Ｌp/(μ３・Ｓ3・ｋ)のように表される。ここで、Ｌyは円筒部１１２ａの軸方向長さ、Ｌpは爪部１１２ｃの軸方向長さである。また、μ１は円筒部１１２ａの透磁率である。同様に、μ２は端板部１１２ｂの透磁率であり、μ３は爪部１１２ｃの透磁率である。ｋは爪部１１２ｃの形状係数であり、爪部１１２ｃの形状が先端方向に絞られていることを表す係数であり、通常、経験的に１．０〜１．３の範囲にある。一方、空隙部の磁気抵抗ｒ4，ｒ5は、空隙の寸法をδとしたときに、ｒ4＝δ/（μ０・Ｓ4）,r5＝δ/（μ０・Ｓ5）と表される。
【００３５】
端板部１１２ｂから固定子コア２１までの磁気回路の合成磁気抵抗ｒ345は、磁気抵抗ｒ3，ｒ4，ｒ5を用いて次式（７）のように表される（図７参照）。また、界磁コイル１２によって励磁される磁気回路の合計磁気抵抗は、固定子コア２１の磁気抵抗をｒ6とすると、ｒ1＋ｒ2＋ｒ345＋ｒ6のように表される。そのため、合成磁気抵抗ｒ345を最適化することにより高出力が得られる。
１/ｒ345＝１/（ｒ3＋ｒ4）＋１/ｒ5
ｒ345＝ｒ5（ｒ3＋ｒ4）/（ｒ3＋ｒ4＋ｒ5）    …（７）
【００３６】
式（７）の各磁気抵抗に断面積を用いた磁気抵抗の式を代入して整理すると、合成磁気抵抗ｒ345は次式（８）のように表される。なお、式（８）において、μｆはμｆ＝(μ３/μ０)・ｋである。
ｒ345＝（ＬpδＳ4＋μｆδ２Ｓ3）/μ０（μｆＳ3Ｓ4δ＋Ｓ4Ｓ5Ｌp＋μｆＳ3Ｓ5δ）
…（８）
【００３７】
しかしながら、この式（８）は現象の説明には便利であるが、実際のルンデル型ロータにおいて式（８）を利用して精度ある解を求めるのは困難である。それは、ここで示すＳ1〜Ｓ5までの各断面積と長さで規定される各ブロックの磁束密度、透磁率を一定であるとして、略集中回路的に考えているために、実際の三次元構造を有するルンデル型ロータが示す現象との間に乖離が生じているためである。鉄が磁気飽和特性を有しているために、実際の現象は微小ブロック毎に分布定数的に、透磁率および磁束密度が異なっていると考えられる。
【００３８】
そのため、近年、正確な現象を解析するために三次元電磁界解析技術を利用し、固定子、ルンデル型ロータ及びシャフト、固定子コイル、さらには漏れ磁束を考慮する必要がある。固定子およびルンデル型ロータの周囲の空気層まで含めて、各部の磁束分布・磁束密度を考慮した適切な大きさの微小ブロック(解析学的には節点と要素で構成されている微小空間ブロックと称しているが一台の車両用交流発電機（オルタネータ）あたり数十万ブロックに分割)に分割して、その微小ブロックごとの磁気飽和の程度、透磁率、磁束密度を計算し、分布定数的に解析する方法が採用されている。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、このような問題点を解決するために、各磁気回路の磁気飽和も考慮した３次元電磁界解析を適用することとした。一般的に、オルタネータとしては、一部の例外を除き殆どφ128オルタネータおよびφ139オルタネータと通称される２系列に分けられる。
【００４０】
ここでは、まずφ128オルタネータにて検討する。ロータコアの形状は上述したものと同様とし、以下の式（９）、（１０）、（１１）を満足するものとする。具体的な寸法は、従来製造されているφ128オルタネータの設計定数を利用し、極数=１２極、Ｄy＝５４mm、Ｄs＝１７mm、Ｄr＝９９．４mm、δ＝０．３mmとする。また、端板部１１２ｂの厚みＸ2も、従来機と同じくＸ2＝１３．５mmとした。また、Ｌy=２６mmとし、ＬsをＬs/Ｌy=１．１５〜１．７５になるように変化させた。Ｌy、Ｘ2を変化させなかったのは、今回は同じ軸長で最大出力を得るための条件を求めるためであり、φ128オルタネータとして自動車メーカの仕様にあわせて最大値を選んである。
Ｓ1＝{π/(４・Ｐ/２)}・(Ｄy２−Ｄs２）    …（９）
Ｘ2＝Ｓ1/Ｗ          …（１０）
Ｗ＝（π・Ｄr）/Ｐ    …（１１）
【００４１】
［Ｘ1/Ｘ2を変化させたときの出力電流の変化］
このような定数において、爪部１１２ｃの根元厚みをＸ1とし、Ｘ1/Ｘ2を０．６〜１．２、Ｌs/Ｌy を１．１５〜１．７５まで変化させて出力電流の推移を求めた。なお、式（４）では合成磁気抵抗ｒ345は断面積Ｓ3，Ｓ4，Ｓ5を用いて表されているが、この場合には、Ｘ1、Ｘ2等を用いて書き換えたものを使用する。また、図４に示す例では、根元内周側の径Ｄc（以下では、爪部根元内径と呼ぶことにする）と谷径Ｄeとを同一寸法としているので、Ｘ1/Ｘ2を変化させると（すなわち、Ｘ1を変化させると）、それに応じて谷径Ｄe（＝Ｄc）も変化することになる。
【００４２】
ここでは、Ｘ1とＸ2（すなわち、Ｓ2とＳ3）との相対的な関係によって出力電流がどのように変化するかを検討するものであり、出力電流の傾向はＸ1/Ｘ2に依存している。そのため、上述したようにＸ2をＸ2＝１３．５mmに固定し、Ｘ1を変化させることでＸ1/Ｘ2を０．６〜１．２まで変化させた場合も、逆に、Ｘ1を固定し、Ｘ2を変化させることでＸ1/Ｘ2を０．６〜１．２まで変化させた場合も、出力電流は同様の傾向を示す。
【００４３】
一般に、オルタネータにおいては1800r/minでの出力電流を評価の基準にしているので、ここでの出力電流は、回転数1800r/minでの最大界磁電流のときを示す。また、爪部１１２ｃの根元部の寸法Ｘ1が小さい場合には界磁コイルを巻回できる面積が増加するので、この寸法Ｘ1と、円筒部１１２ａに対して界磁コイルが巻回できる面積（すなわち、図３の円筒部１１２ａ、端板部１１２ｂおよび爪部１１２ｃにより囲まれた部分の断面積）、および、界磁コイルの巻き数（界磁コイルＡＴ）とを連動させて計算する。それ以外の固定子コア形状等はＸ1に拠らず一定としている。
【００４４】
図９はφ128オルタネータに関するシミュレーション結果を示したものであり、データＬ１はＬs/Ｌy＝１．１５の場合を、データＬ２はＬs/Ｌy＝１．３の場合を、データＬ３はＬs/Ｌy＝１．５の場合を、データＬ４はＬs/Ｌy＝１．７５の場合をそれぞれ示す。なお、ここでは、重量（ｋｇ）当たりの出力電流（Ａ）を出力（Ａ／ｋｇ）とした。
【００４５】
データＬ１〜Ｌ３の変化傾向を見ると、Ｘ1/Ｘ2が０．６から０．８の間においては、Ｘ1/Ｘ2の増加とともに出力は増大し、Ｘ1/Ｘ2＝０．９でほぼ最大となる。Ｘ1/Ｘ2が０．９から１．１までにおいては、Ｘ1/Ｘ2が増加しても出力はほぼ一定となっている。Ｘ1/Ｘ2が１．１を超えると、Ｌ２，Ｌ３に減少が見え始め、Ｌ１も１．２付近から減少し始める。このことから、X1/X2については、０．９以上１．１以下に設定するのが好ましい。
【００４６】
また、X1/X2＝１．７５のデータＬ４については、データＬ１〜Ｌ３と比べて出力の傾向が異なっており、X1/X2が０．６から１．０までほぼ一定で、１．０より大きくなるとゆっくりと減少する。出力の値についても、X1/X2が０．８以上では、データＬ１〜Ｌ３とかけ離れた小さな値となっている。このことから、Ｌs/Ｌyは略１．５以下に設定するのが好ましいことがわかる。
【００４７】
Ｘ1/Ｘ2が０．８よりも小さくなったときの出力の減少は、Ｘ1が小さくなって界磁巻数が増加しても爪部１１２ｃにおけるＡＴの消費が著しくなり、界磁巻数の増加に対して磁束が期待通りに増えず、かえって減少していることを示している。また、Ｘ1/Ｘ2が０．８から１．１の間においては、Ｘ1/Ｘ2の変化による爪部１１２ｃにおける起磁力の増減、更には磁極間の谷間領域を小さくしたことによる端板部の磁路断面積の拡大による起磁力の減少、および界磁巻線の巻数の減少により、出力がほぼ一定となる。さらに、Ｘ1/Ｘ2が１．１よりも大きくなると、磁気抵抗減少によるプラス効果よりも界磁巻数減少によるマイナス効果の方が若干上回り、Ｘ1/Ｘ2の増加とともに出力が減少している。
【００４８】
一方、図１０はφ139オルタネータに関するシミュレーション結果を示したものであり、データＬ１１はＬs/Ｌy＝１．０７の場合を、データＬ１２はＬs/Ｌy＝１．２１の場合を、データＬ１３はＬs/Ｌy＝１．５の場合を、データＬ１４はＬs/Ｌy＝１．７５の場合をそれぞれ示す。φ139オルタネータの場合も、図３の各寸法は、従来製造されているφ139オルタネータの設計定数を利用し、Ｄy＝６０mm、Ｄs＝１７mm、Ｄr＝１０６．３mm、δ＝０．３５mmとする。また、端板部１１２ｂの厚さＸ2も従来機と同様にＸ2=１４．５mmとした。
【００４９】
図１０の計算結果を見ると、データＬ１１〜Ｌ１３は同じような変化傾向を示しており、Ｌs/Ｌy＝１．７５のデータＬ１４の傾向はデータＬ１１〜Ｌ１３と異なっている。このことから、φ139オルタネータにおいても、Ｌs/Ｌyを略１．５以下に設定するのが好ましいと言える。
【００５０】
Ｌs/Ｌy＝１．５のデータＬ１３を見ると、ほぼＸ1/Ｘ2＝０．９が出力(A/kg)のピークとなっている。図１０から、３０(A/kg)以上となる範囲をピーク範囲とすると、ピーク範囲のＸ1/Ｘ2は０．８以上１．１以下となっている。そして、Ｌs/Ｌyが１．５よりも小さくなると、データＬ１１、Ｌ１２のように出力の曲線は上方へ移動することがわかる。上述したように、Ｌs/Ｌyを１．５以下に設定することを考慮すると、Ｘ1/Ｘ2を０．８以上１．１以下に設定することにより、高性能なオルタネータを達成することができる。
【００５１】
なお、上記シミュレーションでは、界磁コイル１２は、円筒部１１２ａ、端板部１１２ｂ、爪部１１２ｃ内周面にて形成される空間において一定の占積率６８％とされ、かつ、制御装置の保護のため界磁コイル抵抗値が約２Ωとなるように巻線径を調整して巻数を決めている。
【００５２】
［出力電流に対する、端板部１１２ｂの谷間領域の影響］
上述したシミュレーションでは、端板部１１２ｂの形状は、図４や図８に示したように爪部根元の内周側の形状が円形であって、爪部根元に連結する部分のみが外周方向に突出した形状であるとしている。すなわち、爪部１１２ｃ間の谷間領域の谷部の径寸法Ｄeと爪部根元の径寸法とが等しく設定されている場合の、シミュレーション結果である。
【００５３】
ところで、式（２）〜（６）に示したように、端板部１１２ｂの磁気抵抗ｒ2は、爪部１１２ｃ間の谷間領域の谷径Ｄeによって変化する。図１１は、谷間領域の谷径Ｄeが爪部１１２ｃの根元内周側の径Ｄcよりも小さい場合のロータコアを示す図である。なお、図４や図８に示したロータコアは、谷底面が図１１の二点鎖線で示すようにＤe＝Ｄcの場合を示したものである。
【００５４】
図１１のようにＤc＞Ｄeに設定した場合には、上述した式（５）の代わりに、次式（１２）で与えられる磁気抵抗ｒ21を使用する必要がある。
ｒ21＝０．５（Ｄr−Ｄe）/(μ2・Ｓ21)     …（１２）
【００５５】
図１２，１３はφ128オルタネータの場合の計算結果であり、谷径Ｄeと出力電流との関係を示す図である。図１２はＸ1/Ｘ2＝０．９３の場合を示し、図１３はＸ1/Ｘ2＝１．１の場合を示す。いずれも、Ｌs/Ｌy＝１．３０として計算したものである。なお、上述したようφ128オルタネータの設計定数をＤr＝９９．４mm、Ｘ2＝１３．５mmのように設定しているので、Ｘ1/Ｘ2＝０．９３の場合の爪部１１２ｃの爪部根元内径ＤcはＤc＝７４mmであって、Ｘ1/Ｘ2＝１．１の場合にはＤc＝７０mmとなる。
【００５６】
図１２および図１３のいずれの場合も、谷径Ｄeを大きくして谷間領域の大きさを小さくすると、出力電流も上昇する。これは、谷間領域を埋めることにより、その埋めた部分にも磁束が通るため磁気抵抗が小さくなり、出力電流が増加するものと考えられる。出力電流は谷径Ｄeの増加とともに増大し、図１２および図１３のいずれの場合もＤe＝７３mmの近傍でピークとなり、その後は減少傾向となっている。
【００５７】
図１４は、図１２，１３の出力電流がピークとなったときの谷間領域の形状を示す図であり、（ａ）は図１２の場合（Ｘ1/Ｘ2＝０．９３）、（ｂ）は図１３の場合（Ｘ1/Ｘ2＝１．１）である。図１４（ｂ）に示すように、Ｘ1/Ｘ2＝１．１の場合には、ピーク位置の谷径Ｄeは爪部根元内径Ｄcよりも大きくなっている。これは、上述したように谷間領域を埋めた部分にも磁束が通り、出力電流が改善されることからも理解できる。
【００５８】
一方、図１２，図１４（ａ）に示すＸ1/Ｘ2＝０．９３の場合にも同様の考え方をすれば、図１２のＤe＞Ｄcの領域での出力電流がＤe＝Ｄcにおける出力電流よりも大きくなることが期待されるが、計算結果はそのようになっていない。これは、図２や図５からも分かるように、谷間領域の底部（谷径Ｄeの部分）と、反対側の端板部１１２ｂから伸延した爪部１１２ｃとの間の漏れ磁束が影響しているためである。漏れ磁束が多くなると出力電流が減少する。
【００５９】
谷径Ｄeを大きくし過ぎると、谷間領域の底部と反対側の爪部内周面との距離が小さくなり過ぎ、漏れ磁束による出力電流へのマイナス効果によって、谷間領域を埋めたことによるプラス効果が打ち消されてしまうことになる。その結果、谷径Ｄeの増加につれて上昇していた出力電流が減少に転じることになる。
【００６０】
仮に、谷間領域が形成されている端板部１１２ｂと反対側の爪部１１２ｃとの距離が十分に離れているとすれば、谷径Ｄeが爪部根元内径Ｄcよりも大きくなっても、磁気抵抗低減の効果が飽和するまでは、谷径Ｄeの増加に伴って出力電流は増加する。谷径Ｄeは最大でもＤrであり、出力電流がピークとなる谷径ＤeはＤr以下と考えられる。
【００６１】
しかしながら、実際には、谷径Ｄeを大きくして行くと反対側の爪部１１２ｃとの間の漏れ磁束が影響して、図１２，１３に示すようにＤｅ＝７３mmを超えた頃から出力電流が減少し始める。漏れ磁束による影響が現れる谷径Ｄeの目安としては、爪磁極間のギャップ寸法が考えられる。そのため、出力電流が大きくなるように谷間領域の谷径Ｄeを設定する場合には、磁気抵抗低減だけでなく上述したような漏れ磁束も考慮して設定する必要がある。このことから、谷径Ｄeの大きさの目安としては、図２の爪部１１２ｃと谷底部との距離Ｂが、爪部１１２ｃ間の距離Ｃ以上となるように設定するのが好ましい。
【００６２】
図１２，１３に示すように、谷径Ｄeを変化させたときの出力電流の変化の仕方は、Ｘ1/Ｘ2の値には殆ど依存することなく同じような傾向を有している。図１２において、谷間領域の谷径Ｄeを６８mm以上７８mm以下に設定すると、最大出力電流から２(A)程度下がった所までを範囲とする出力電流が得られる。また、図１３において谷径Ｄeの範囲を同様に設定すると、最大出力電流からの低下は１(A)以下となる。よって、φ128オルタネータの場合に、マイナス２(A)を目安として最大出力電流近傍の出力電流を得るためには、谷径Ｄeを６８mm以上７８mm以下に設定するのが好ましい。
【００６３】
図１５，１６はφ139オルタネータの場合における計算結果を示したものであり、図１５はＸ1/Ｘ2＝１．１の場合を示し、図１３はＸ1/Ｘ2＝０．８２の場合を示す。いずれも、Ｌs/Ｌy＝１．２１として計算したものである。φ139オルタネータの設計定数はＤr＝１０６．３mm、Ｘ2＝１４．５mmのように設定されているので、Ｘ1/Ｘ2＝１．１の場合の爪部根元内径ＤcはＤc＝７４mmであって、Ｘ1/Ｘ2＝０．８２の場合にはＤc＝８３mmとなる。
【００６４】
図１５および図１６に示す出力電流は同じような傾向となっており、出力電流のピーク位置も接近している。図１５に示すＸ1/Ｘ2＝１．１の場合にはピーク位置はＤe＝７５の近傍で、図１６に示すＸ1/Ｘ2＝０．８２の場合にはＤe＝７７の近傍にピークがある。図１７は、図１５，１６の出力電流がピークとなったときの谷間領域の形状を示す図であり、（ａ）は図１５の場合（Ｘ1/Ｘ2＝１．１）、（ｂ）は図１６の場合（Ｘ1/Ｘ2＝０．８２）である。
【００６５】
φ139オルタネータの場合も、谷間領域の底部と反対側の爪部１１２ｃとの間の漏れ磁束の影響が出ており、特に、図１６の場合には、爪部根元内径Ｄcに対してピーク位置の谷径Ｄeが比較的大きくなっている。このようにＸ1/Ｘ2が異なっていて爪部根元内径Ｄcが異なる場合でも、図１５，１６に示すようにピーク位置はほぼ似たような値となり、曲線の形状も同様の傾向となっているのがわかる。
【００６６】
図１５において、谷間領域の谷径Ｄeを７０mm以上８０mm以下に設定すると、最大出力電流から２(A)程度下がった所までを範囲とする出力電流が得られる。また、図１６において、最大出力電流から２(A)程度下がった所までの出力電流が得られる谷径Ｄeの範囲は、ほぼ７０mm以上８３mm以下となる。よって、φ139オルタネータの場合に、マイナス２(A)を目安として最大出力電流近傍の出力電流を得るためには、谷径Ｄeを７０mm以上８０mm以下に設定するのが好ましい。
【００６７】
一般に、オルタネータに用いられるロータでは、１２極のものと１６極のものとが知られている。図１８および図１９は１６極の場合のＸ1/Ｘ2対出力電流の計算結果を示したものであり、図１８はφ128オルタネータの場合で、図１９はφ139オルタネータの場合である。図１８，１９は１２極の場合の図９，１０に対応する図であって、同様の傾向を有している。そして、出力電流がほぼ最大となるＸ1/Ｘ2の範囲についても、１２極の場合と同様に、φ128オルタネータにおいては０．９〜１．１であって、φ139オルタネータにおいては０．８〜１．１であると言える。このように、１２極の場合も１６極の場合も同様の出力傾向を示していることがわかる。
【００６８】
［コイル冷却に関する説明］
図２に示したように、ロータ１１２にはフロントファン７Ｆおよびリアファン７Ｒが設けられており、界磁コイル１２は、これらのファン７Ｆ，７Ｒによって形成された冷却風により冷却される構成となっている。そのため、図１４（ｂ）のように谷径ＤeがＤe＞Ｄcのように設定された場合、界磁コイル１２を爪部根元内径Ｄcまで巻回したとしても、コイル外径Ｄcoilは谷径Ｄeよりも小さいことになる。その結果、端板部１１２ｂが界磁コイル１２の外周面への冷却風の流れを阻害し、コイル冷却効果が低下することになる。
【００６９】
そのため、界磁コイル１２の冷却まで考慮した場合には、谷径ＤeをＤe≦Ｄcoilのように設定するのが好ましい。例えば、図１４（ｂ），図１７（ａ）に示すように、出力電流のピーク位置の谷径ＤeがＤe＞Ｄcとなっている場合を考えると、界磁コイル１２が爪部根元内径Ｄcまで巻回されている場合にはＤe＝Ｄc（＝Ｄcoil）のように設定され、コイル外径ＤcoilがＤcoil＜Ｄcである場合には、Ｄe＝Ｄcoilのように設定される。一方、図１４（ａ），図１７（ｂ）のように出力電流のピーク位置の谷径ＤeがＤe＜Ｄcとなっている場合には、界磁コイル１２が爪部根元内径Ｄcまで巻回されていれば、谷径Ｄeをピーク位置の谷径Ｄeに設定することができる。もちろん、ピーク位置の谷径Ｄe(peak)がコイル外径Ｄcoilに対してＤcoil＜Ｄe(peak)であった場合には、Ｄe＝Ｄcoilのように設定される。
【００７０】
なお、円筒部１１２ａに巻回された界磁コイル１２は、軸方向中央部が外周方向に盛り上がるような形状となる場合があるが、ここでのコイル外径Ｃcoilは軸方向両端部分の外径で考えている。
【００７１】
［爪断面形状に関する説明］
ところで、従来のルンデル型ロータでは、図２０（ａ）に示すように、各爪部１１２ｃは、隣接する爪部１１２ｃに対向する２つの側面７３が、それぞれ外径側から内径側にかけて絞ったような形状となっている。各側面７３はそれぞれ角度θだけ絞っており、２つの側面７３が成す角度は２θとなっている。例えば、１２極の場合には、爪部１１２ｃの側面７３を片側で１５deg絞っており、１６極の場合には１１．２５deg絞っている。
【００７２】
このような形状とすることで、ロータ１１２の隣接する爪部間の隙間寸法、すなわち、ロータコア１１２Ｆの爪部１１２ｃとロータコア１１２Ｒの爪部１１２ｃとの間の隙間寸法を、外径側から内径側にかけて一定に保つような構成としている。これは、爪部１１２ｃ間の漏れ磁束の増加を防ぐ意図で、爪部１１２ｃ間の隙間が内径側に近づいても小さくならないような構造としたものである。
【００７３】
しかしながら、本発明者による電磁界解析結果によれば、図２０（ｂ）に示すように、内径側に向けての絞り加工（例えば、１２極機の場合の片側１５deg）を廃止して外径側も内径側も同一幅寸法とすることで爪部１１２ｃの断面を大きくしたほうが出力電流増加に効果的であることが判明した。実際に計算を行うと、本実施の形態のように爪部１１２ｃの幅寸法を内外径で同一とした場合のほうが、絞り加工を施した場合に比べて１０%程度の出力向上が図れる。
【００７４】
上述したように、本発明に係る車両用交流発電機は、界磁コイル１２が巻装された円筒部１１２ａと、円筒部１１２ａの軸方向両端面に対向するように配置された板状の第１および第２の端板部１１２ｂと、第１の端板部１１２ｂから第２の端板部方向へと回転軸に平行に伸延する複数の第１の爪部１１２ｃと、第２の端板部１１２ｂから第１の端板部方向へと回転軸に平行に伸延し、複数の第１の爪部１１２ｃに対して周方向に交互に配置された第２の爪部１１２ｃと、を有するルンデル型回転子１１２と、ルンデル型回転子１１２の外周に回転空隙を有して対向配置され、電機子コイル５が巻装された積層鉄心を有する固定子４と、を備え、第１および第２の端板部１１２ｂは、回転軸の回り一周に渡って連続している円板領域１１２０Ｂと、円板領域１１２０Ｂから外周方向に突出し、爪部１１２ｃが形成された複数の突出領域１１２０Ａとから成る。そして、突出領域間に形成される谷間領域の底部の径寸法Ｄｅを、突出領域１１２０Ａに形成された爪部１１２ｃの根元内径寸法Ｄｃ以上、かつ、爪部１１２ｃの外径寸法Ｄｒ以下に設定したことにより、磁気抵抗が低減され出力電流の向上を図ることができる。
【００７５】
また、爪部１１２ｃが形成された突出領域１１２０Ａは、爪部１１２ｃにかかる遠心力によって爪部１１２ｃが外側に開くように変形する傾向にある。しかし、本実施の形態では谷間領域の大きさが従来よりも小さいため、突出領域１１２０Ａの外径方向への突出量が小さく機械的強度が高まり、爪部１１２ｃが外側に開くような突出領域１１２０Ａの変形を低減することができる。
【００７６】
図２に示すように、ファン７Ｆ，７Ｒによる冷却風が、端板部１１２ｂの背面側（外側）から界磁コイル１２に向けて吹き付けられる構成となっている。従来のように谷間領域が大きく切れ込んでいると、冷却風とともに流れ込んだ塵等が谷間領域を通って界磁コイルに付着しやすい。しかしながら、本実施形態では谷間領域が従来よりも小さいため、界磁コイル１２への塵等の付着を低減することができる。
【００７７】
また、図２０（ｂ）に示すように、爪部１１２ｃの伸延方向に垂直な断面において、爪部１１２ｃの周方向の幅寸法を外周側から内周側まで等しく設定することで、図２０（ａ）のように内周側にかけて絞った形状とする従来の車両用交流発電機に比べて、出力電流の向上を図ることができる。
【００７８】
なお、上述した実施の形態では、ロータ１１２が２つのロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒから構成される２ピース形式について説明したが、爪部が形成された一対の端板と、その一つの端板によって挟持されるように配置される円筒部材とから成る３ピース形式のロータに対しても、本発明は同様に適用することができる。
【００７９】
また、上述した実施の形態では、谷間領域の底部を円弧面としているが、平面であっても構わない。その場合、その平面と軸中心との距離の２倍を、上述した谷径Ｄｅと考えればよい。
【００８０】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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